CN114657482A - 一种莫来石晶须复合型材制备方法 - Google Patents
一种莫来石晶须复合型材制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114657482A CN114657482A CN202210276195.7A CN202210276195A CN114657482A CN 114657482 A CN114657482 A CN 114657482A CN 202210276195 A CN202210276195 A CN 202210276195A CN 114657482 A CN114657482 A CN 114657482A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- aluminum alloy
- mullite
- mullite whisker
- whisker
- sheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 146
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 146
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 89
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 151
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 38
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 14
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 13
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 7
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims description 7
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 26
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 15
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 14
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 12
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 8
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 7
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 229910001094 6061 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000010099 solid forming Methods 0.000 description 1
- 238000009718 spray deposition Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
- C22C47/12—Infiltration or casting under mechanical pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/02—Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体为：对莫来石晶须进行分散处理；片状铝合金的数目为n，将称好的分散处理后的莫来石晶须平均分成n‑1份，在每两个堆叠的片状铝合金之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺好莫来石晶须的片状铝合金紧固成整体；其中，莫来石晶须的质量占比2%~10%，余量为铝合金；将莫来石晶须与片状铝合金的整体加热至半固态，挤出，得到复合棒；将复合棒再次加热到半固态，重复至少三次变形处理；更换模具，加热成型，得到所需要的型材。本发明以莫来石晶须为添加相，将半固态与大变形技术相结合，对添加相与基体的润湿性要求很低，避免了凝固缺陷，得到了性能更好的陶瓷增强铝基复合型材。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域，涉及一种莫来石晶须复合型材制备方法，用于对铝合金型材性能改善。
背景技术
随着汽车、医疗、电子、航空航天、国防战略设备等领域的迅速发展，市场对材料在恶劣工况下的综合性能表现提出了更高、更苛刻的要求。制备具有各种优异综合性能的金属基复合材料作为新的应用型、结构材料，己成为结构材料领域发展的一个重要方向。其中，铝基复合材料因其高比刚度和高比强度等优异性能，在金属基复合材料领域备受关注。2XXX系及6XXX系铝合金合金常被用作航空航天、国防战略设备等领域的结构材料，以减轻飞机质量和提高合金比刚度、比强度。利用常规工艺进行强化处理的同时，制备具有各种优异综合性能的铝基复合材料己成为各领域的发展趋势，有广阔的应用前景。
在常用的陶瓷增强铝复合材料制备中，陶瓷颗粒（晶须）添加方法有外加法和内生法两大类。外加法主要包括机械合金化、粉末冶金法、搅拌铸造、浸渗(无压/有压)、喷射沉积等等；这种方法在复合材料制备中存在很多的缺陷和限制。复合材料中陶瓷颗粒体积分数含量不能太高，否则会影响金属液凝固过程而产生缩松缩孔或者较容易产生团聚。原位内生法包括自蔓延高温合成技术、接触反应法、熔盐铸造法、粉末冶金等等。内生法具备原位合成细小的陶瓷颗粒(尺寸在纳米级别、微米级别)、陶瓷颗粒均匀分布在基体中、高体积陶瓷颗粒含量、增强相与基体界面纯净无污染等特点。
现有的陶瓷增强铝基复合材料多集中在铸造铝合金系列，很少涉及其他系列铝合金。无论是外加法还是内生法制备铝基复合材料，熔铸法添加增强相时，增强相必须与液态金属基体有良好的润湿性，否则由于界面作用，添加相无法进入到液体金属中，均匀性较差，陶瓷的添加量不超过2%，否则会出现陶瓷相大量团聚。如果添加相在基体中分布不均匀，会造成材料性能不均。
半固态技术发展至今，绝大多数应用在流变或者触变成型制备零件方面。公开号CN112404391B公布了一种半固态流变成形制备颗粒增强金属基复合材料装置及方法，公开号CN113388752A利用固态混合后触变成型的方法制备金属基复合材料，CN111218579B公布了一种半固态搅拌浆料后再恒温恒压下制备微米SiC颗粒增强铝基复合材料；有学者用轧制方法将陶瓷颗粒镶嵌在金属基体中获得以机械咬合为结合方式的金属基复合材料，容易出现结合不牢靠，在使用过程中极易脱落。上述陶瓷增强铝基复合材料多集中在铸造铝合金系列，很少涉及其他系列铝合金；因为在熔融状态合金中添加增强相制备金属基复合材料，对添加相与基体之间的润湿性要求高，且合金冷却凝固过程中易出现凝固缺陷，添加相常常团聚在晶界附近，影响复合材料的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种莫来石晶须复合型材制备方法，以莫来石晶须为添加相，将半固态与大变形技术相结合，对添加相与基体的润湿性要求很低，避免了凝固缺陷，得到了性能更好的陶瓷增强铝基复合型材，解决了现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，对莫来石晶须进行分散处理；
S2，对片状铝合金进行预处理；
S3，片状铝合金的数目为n，将称好的分散处理后的莫来石晶须平均分成n-1份，在每两个堆叠的片状铝合金之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺好莫来石晶须的片状铝合金同轴堆叠紧固成整体；其中，莫来石晶须的质量占比2%~10%，余量为铝合金；
S4，将莫来石晶须与片状铝合金的整体加热至半固态，温度控制在铝合金的固相线温度+10℃、液相线温度-10℃之间，挤出，得到复合棒；
S5，将复合棒再次加热到半固态，温度控制在铝合金的固相线温度+10℃、液相线温度-40℃之间，重复至少三次变形处理；
S6，根据所需要的型材形状更换模具，加热成型，得到所需要的型材。
进一步的，所述步骤S1具体为：将莫来石晶须在pH值为2~6的无水乙醇中搅拌0.5~3小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用。
进一步的，所述步骤S2的预处理：将片状铝合金依次经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用。
进一步的，所述铝合金为2XXX或6XXX系列铝合金。
进一步的，所述步骤S3中，片状铝合金的厚度为2~5mm。
进一步的，所述每两个片状铝合金之间的莫来石晶须质量占复合型材总质量的比例为0.33%~1.67%。
进一步的，所述步骤S5中，半固态的液相分数控制在10%~30%之间。
进一步的，在所述片状铝合金边缘加工有小孔，用铝丝穿过小孔将铺好莫来石晶须的片状铝合金紧固成一整体。
进一步的，所述步骤S5中，变形处理为挤压、轧制或锻造处理中任意一种。
进一步的，所述步骤S6中，加热温度为380~460℃。
本发明的有益效果是：
（1）本发明对添加相与基体润湿性的要求很低，经过多次半固态挤压，有利于添加相在基体中的均匀分布，降低了材料内部缺陷。
（2）本发明将半固态成型与大变形技术相结合，在复合材料制备的过程中避免了凝固缺陷（缩孔缩松、气孔等）的产生，晶粒小，进一步提高了复合材料的性能，工序简单，成本低。
（3）本发明制备的莫来石晶须/铝复合型材具有更高的硬度、耐磨性和塑性，能够作为航空航天、国防战略设备等领域的结构材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为对比例1熔铸法制备莫来石晶须/2A12铝基复合材料的SEM照片。
图2为本发明实施例中2A12铝合金片的示意图。
图3为本发明实施例中紧固在一起的铺好莫来石晶须的铝合金片层的结构示意图。
图4为本发明实施例1中步骤S6获得的复合棒。
图5为本发明实施例2中步骤S6获得的复合棒。
图6本发明实施例1中步骤S7反复挤压3次获得的复合材料SEM照片。
图7为本发明实施例1中步骤S7反复挤压5次获得的复合材料SEM照片。
图8位本发明实施方案1获得的复合材料的XRD检测结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，
一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，莫来石晶须分散化处理；将莫来石晶须在PH值为2~6的无水乙醇中搅拌0.5~3小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用；
S2，将直径50mm的2A12铝合金棒料加工成厚度5mm片状（见图2），在片状铝合金（铝合金片）边缘加工2个小孔。将铝合金片经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用；
S3，称取步骤S2得到的片状铝合金，片状铝合金的数目7，共重188.667g；每个片状铝合金的质量为26.95g；
S4，按照加入量称取步骤S1获得的莫来石晶须5.66g，并根据步骤S3确定的铝合金片的数量将称取的莫来石晶须平均分成6份，每份为0.943g；晶须含量为3%（5.66/188.66=3%），每两个片状铝合金之间的莫来石晶须质量占复合型材总质量的0.5%；
S5，在步骤S3称好的一块铝合金片上均匀铺洒一份莫来石晶须，然后放第二块铝合金片，继续在其上表面铺洒一份莫来石晶须。依次完成所有铝合金片上莫来石晶须的铺洒。用铝丝通过片上的小孔将铺好莫来石晶须的铝合金片同轴堆叠紧固成一整体，如图3所示，目的是把铺有莫来石晶须的铝合金片加紧，同时不影响合金的成分。
S6，将步骤S5获得的片层之间铺洒好莫来石晶须的铝合金放到挤压机上加热料仓内加热至半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下10℃，然后挤出，得到复合棒（见图4）。该温度是2A12铝合金处于半固态的温度区间，温度太低，液相分数少，不利于晶须的分布；温度过高，液相分数增大，有利于挤出成型（需要的挤出压力小）但会造成铝合金的氧化加剧，且可能会产生凝固缺陷。
S7，根据需要，将步骤S6获得的复合棒再次放到挤压设备上加热到半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下40℃，液相分数30%，挤出；重复3~5次，多次重复挤压之间不需要时间间隔，获得最后的挤压棒料；步骤S7的温度略低于S6，其目的是降低液相分数，在后续挤压过程中，液相多，不利于细化晶粒和晶须的均匀分布；半固态下进行反复挤压，既可以促使增强相均匀分布，又能迫使金属基体的晶粒细化，同时消除或减少材料内部孔洞；重复挤压次数多，有利于晶须均匀分布，但成本会提高；重复次数不能少，少了对晶须均匀分布不利。
S8，根据所需要的铝合金型材的形状更换挤出模具，将步骤S7获得的棒料加热到380~450℃，挤压成型所需要的型材。
本发明将铺有莫来石晶须的铝合金加热到半固态，对莫来石晶须和铝/铝合金的润湿性要求较低（即使添加相与金属基体不润湿），也能够促使添加相与金属基体产生机械和冶金结合，并均匀分散在基体中。其中步骤S7挤压3次获得复合材料的SEM照片见附图6，挤压5次获得复合材料的SEM照片见图7。对比图1、6、7，可以看出，本发明获得的复合材料中，莫来石晶须分布较均匀且孔洞明显少于图1中熔铸法获得的复合材料；对比图6、7可以看出，随着加压次数的增多，莫来石晶须在合金基体中分布更加均匀。即本发明有利于莫来石晶须均匀分散造金属基体中，且能有效降低凝固缺陷（孔洞明显减少）。
实施例1制备的复合型材的XRD测试结果如图8所示，表明莫来石晶须的确加入到铝合金基体中。实施例1制备的复合材料中，莫来石晶须含量3wt%，莫来石晶须/2A12复合棒材的硬度比基体材料提高了6.75%，抗拉强度比基体提高4.82%。
实施例2，
一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体按以下步骤进行：
S1，莫来石晶须分散化处理，将莫来石晶须在PH值为2~6的无水乙醇中搅拌0.5~3小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用；
S2，将2A12铝合金棒料加工成厚度5mm片状，在薄片边缘加工2个小孔。将铝合金片经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用；
S3，称取步骤S2得到的铝合金片，并确定合金片的数目7（共重188.667g）；
S4，按照加入量称取步骤S1获得的莫来石晶须5.66g，并根据步骤S3确定的铝合金片的数量将称取的莫来石晶须平均分成6份，每份为0.943g；
S5，在步骤S3称好的一块铝合金片上均匀铺洒一份步骤S4分好的莫来石晶须，然后放第二块铝合金片，继续在其上表面铺洒一份步骤S4分好的莫来石晶须。依次完成所有铝合金片之间莫来石晶须的铺洒。用铝丝通过片上的小孔将铺好莫来石晶须的铝合金片紧固成一整体。
S6，将步骤S5获得的片层之间铺洒好莫来石晶须的铝合金放到挤压机上加热料仓内加热至半固态，温度控制在温度控制在固相线温度以上10℃，液相线以下10℃，然后挤出，得到复合棒（见附图5）。
S7，根据需要，将步骤S6获得的复合棒加热到半固态，温度控制在固相线温度以上10℃，液相线以下40℃反复轧制，重复3~5次，获得最后的轧制板材。
S8，根据需要，将步骤S7获得的复合棒加热，温度控制在350~460℃，轧制；获得不同规格的复合板材。
实施例1是通过半固态挤压形成莫来石晶须/铝（铝合金）棒料，再通过挤压得到最终复合棒料或者异型型材；实施例2是通过半固态挤压形成莫来石晶须/铝（铝合金）棒料，再通过轧制（锻压）得到复合板材。
实施例3，
一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，莫来石晶须分散化处理；将莫来石晶须在PH值为2的无水乙醇中搅拌0.5小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用；
S2，将22A12铝合金棒料加工成厚度2mm片状，在片状铝合金（铝合金片）边缘加工2个小孔。将铝合金片经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用；
S3，片状铝合金的数目为5，将称好的分散处理后的莫来石晶须平均分成4份，在每两个堆叠的铝合金片之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺好莫来石晶须的片状铝合金紧固成整体；其中，莫来石晶须的质量占比2%，余量为铝合金；
S4，将获得的片层之间铺洒好莫来石晶须的铝合金放到挤压机上加热料仓内加热至半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下10℃，然后挤出，得到复合棒；
S5，将获得的复合棒再次放到挤压设备上加热到半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下40℃，液相分数20%，反复锻造处理；重复4次；
S6，根据所需要的铝合金型材的形状更换挤出模具，加热到380℃，挤压成型所需要的型材。
实施例4，
一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，莫来石晶须分散化处理；将莫来石晶须在PH值为6的无水乙醇中搅拌3小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用；
S2，将2A12铝合金棒料加工成厚度3mm片状，在片状铝合金（铝合金片）边缘加工2个小孔。将铝合金片经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用；
S3，片状铝合金的数目为9，将称好的分散处理后的莫来石晶须平均分成8份，在每两个堆叠的铝合金片之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺好莫来石晶须的片状铝合金紧固成整体；其中，莫来石晶须的质量占比10%，余量为铝合金；
S4，将获得的片层之间铺洒好莫来石晶须的铝合金放到挤压机上加热料仓内加热至半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下10℃，然后挤出，得到复合棒；
S5，将获得的复合棒再次放到挤压设备上加热到半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下40℃，液相分数10%，挤出；重复5次；
S6，根据所需要的铝合金型材的形状更换挤出模具，加热到450℃，挤压成型所需要的型材。
实施例5，
一种莫来石晶须复合型材制备方法，具体按照以下步骤进行：
S1，莫来石晶须分散化处理；将莫来石晶须在PH值为4的无水乙醇中搅拌2小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用；
S2，将2A12铝合金棒料加工成厚度5mm片状，在片状铝合金（铝合金片）边缘加工2个小孔。将铝合金片经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用；
S3，片状铝合金的数目为8，将称好的分散处理后的莫来石晶须平均分成7份，在每两个堆叠的铝合金片之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺好莫来石晶须的片状铝合金紧固成整体；其中，莫来石晶须的质量占比5%，余量为铝合金；
S4，将获得的片层之间铺洒好莫来石晶须的铝合金放到挤压机上加热料仓内加热至半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下10℃，然后挤出，得到复合棒；
S5，将获得的复合棒再次放到挤压设备上加热到半固态，温度控制在2A12铝合金的固相线温度以上10℃，液相线以下40℃，液相分数20%，挤出；重复5次；
S6，根据所需要的铝合金型材的形状更换挤出模具，加热到420℃，挤压成型所需要的型材。
本发明实施例中铝合金优选2XXX、6XXX铝合金，莫来石晶须可以用采用本领域已知方法制备。
莫来石晶须与铝/铝合金，具有耐高温、抗氧化、高温强度高、抗热振等有益性能，是一种良好的铝及铝合金合金增韧增强相。本发明实施例中片状铝合金的厚度为2~5mm，厚度太厚，不利于晶须的均匀分布，太薄则铝合金片的加工难度和成本增加。铝合金片的数目为n，将称好的莫来石晶须分散处理后，平均分成（n-1）份，在每两个堆叠的铝合金片之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺有莫来石晶须的铝合金加热到半固态，然后挤出形成棒料，再将形成的棒料在半固态下经过3~5次反复挤压获得最后的棒状复合材料，最后根据异形型材需求更换模具，将棒状铝基复合材料挤出获得最终的铝基复合型材。这种方法能使莫来石晶须更加均匀地分散在铝合金基体中，半固态下通过多次挤压大变形（多次挤压或者轧制），减少了凝固缺陷（缩孔缩松、气孔等），促使莫来石晶须在铝合金中均匀分布，同时改变复合材料的组织形貌，细化晶粒，减少了材料内部缺陷，制备的复合型材具有强度高、韧性好、耐磨性好等优点。在航空、交通运输等行业具有广阔的应用前景。此外，本发明不需要将合金加热到液态，既能降低能耗又能减少铸造缺陷产生。
实施例6，铝合金为6061铝合金，其它步骤与实施例1相同。
实施例7，莫来石晶须的质量占比2%，余量为铝合金，每两个片状铝合金之间的莫来石晶须质量占复合型材总质量的0.33%；其它步骤与实施例1相同。
实施例8，莫来石晶须的质量占比10%，余量为铝合金，每两个片状铝合金之间的莫来石晶须质量占复合型材总质量的1.67%；其它步骤与实施例1相同。
实施例9，莫来石晶须的质量占比5%，余量为铝合金，每两个片状铝合金之间的莫来石晶须质量占复合型材总质量的0.84%；其它步骤与实施例1相同。
本发明实施例1~9中，莫来石晶须添加量由2%增加到10%，复合材料的硬度随晶须含量的增加而增大。当含量在5%左右时，复合材料硬度比基体材料提高了8.51%，抗拉强度比基体提高6.07%，均达到最大值。随着晶须含量持续增加，复合材料硬度的不均匀导致平均硬度降低，且随着晶须含量的增加硬度不均匀性更加明显，晶须添加量为10%时平均硬度比基体材料提高了6.37%，但最大硬度与最小硬度差值为12.1HB。
本发明实施例莫来石晶须的质量占比2%~10%，余量为铝合金，优选莫来石晶须质量占比为5%；每个铝合金片与该铝合金片上的莫来石晶须的质量比范围是0.33%~1.67%，优选晶须占比为0.84%；低于上述质量占比，添加的晶须量不足，对性能提高不明显；超过上述比例，晶须添加量过大，不利晶须在合金中均匀分布，材料性能不均匀。
本发明实施例中半固态的液相分数控制在10%~30%之间，结合多次挤压、轧制或锻造。一方面需要凝固的量少，降低凝固缺陷产生的可能；另一方面，即使有少量缩孔缩松等凝固缺陷，在多次重复挤压、轧制或锻造的作用下能使缩孔缩松愈合。
对比例1，
图1 是采用熔铸法（将2A12铝合金加热到熔融状态，向熔融态合金液中分次添加莫来石晶须并充分搅拌，然后将合金液精炼、除渣后浇注成圆柱试棒，最后将圆柱试棒加工成标准拉伸试样）向2A12铝合金中添加莫来石晶须后获得的复合材料SEM图片，可以看出，莫来石晶须大量聚集在晶界附近，且有大量气孔、缩孔等凝固缺陷。莫来石晶须的最佳添加量为2%，此复合材料铸态下的抗拉强度和硬度较同状态下原始铝合金提高8.77%和7.41%[[1]王栓强,张海鸿,赵璐,刘嘉乐,李梦琪.莫来石晶须对2A12铝合金性能和组织的影响[J].有色金属工程,2021,11(10):8-13.]。
2A12铝合金（硬铝）、6061铝合金（变形铝）各自具有优异的性能，采用现有制备复合铝的方法存在均匀性差、容易引入杂质、产生凝固缺陷等问题，难以进一步提高2A12铝合金（硬铝）、6061铝合金（变形铝）的性能。本发明实施例在金属基体出于半固态下进行反复挤压，迫使增强相与基体实现机械+冶金结合，得到了性能更好的莫来石晶须增强铝基复合型材。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
S1，对莫来石晶须进行分散处理；
S2，对片状铝合金进行预处理；
S3，片状铝合金的数目为n，将称好的分散处理后的莫来石晶须平均分成n-1份，在每两个堆叠的片状铝合金之间分别均匀铺洒一份莫来石晶须，将铺好莫来石晶须的片状铝合金同轴堆叠紧固成整体；其中，莫来石晶须的质量占比2%~10%，余量为铝合金；
S4，将莫来石晶须与片状铝合金的整体加热至半固态，温度控制在铝合金的固相线温度+10℃、液相线温度-10℃之间，挤出，得到复合棒；
S5，将复合棒再次加热到半固态，温度控制在铝合金的固相线温度+10℃、液相线温度-40℃之间，重复至少三次变形处理；
S6，根据所需要的型材形状更换模具，加热成型，得到所需要的型材。
2.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将莫来石晶须在pH值为2~6的无水乙醇中搅拌0.5~3小时，抽滤，然后将获得的莫来石晶须酸洗，再水洗直至中性，烘干备用。
3.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述步骤S2的预处理：将片状铝合金依次经过水洗、碱洗、酸洗、水洗、烘干备用。
4.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述铝合金为2XXX或6XXX系列铝合金。
5.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，片状铝合金的厚度为2~5mm。
6.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述每两个片状铝合金之间的莫来石晶须质量占复合型材总质量的比例为0.33%~1.67%。
7.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，半固态的液相分数控制在10%~30%之间。
8.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，在所述片状铝合金边缘加工有小孔，用铝丝穿过小孔将铺好莫来石晶须的片状铝合金紧固成一整体。
9.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，变形处理为挤压、轧制或锻造处理中任意一种。
10.根据权利要求1所述一种莫来石晶须复合型材制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，加热温度为380~460℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210276195.7A CN114657482A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种莫来石晶须复合型材制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210276195.7A CN114657482A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种莫来石晶须复合型材制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114657482A true CN114657482A (zh) | 2022-06-24 |
Family
ID=82030848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210276195.7A Pending CN114657482A (zh) | 2022-03-21 | 2022-03-21 | 一种莫来石晶须复合型材制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114657482A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4469757A (en) * | 1982-05-20 | 1984-09-04 | Rockwell International Corporation | Structural metal matrix composite and method for making same |
| CN101186997A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-05-28 | 山东大学 | 一种莫来石晶须增强铝合金复合材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-03-21 CN CN202210276195.7A patent/CN114657482A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4469757A (en) * | 1982-05-20 | 1984-09-04 | Rockwell International Corporation | Structural metal matrix composite and method for making same |
| CN101186997A (zh) * | 2007-12-19 | 2008-05-28 | 山东大学 | 一种莫来石晶须增强铝合金复合材料及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4662429A (en) | Composite material having matrix of aluminum or aluminum alloy with dispersed fibrous or particulate reinforcement | |
| US4557893A (en) | Process for producing composite material by milling the metal to 50% saturation hardness then co-milling with the hard phase | |
| Meignanamoorthy et al. | Synthesis of metal matrix composites via powder metallurgy route | |
| CN113322392B (zh) | 一种纳米碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料的制备方法 | |
| KR20100018048A (ko) | 마그네슘을 함유한 고 규소 알루미늄 합금 및 그 제조방법 | |
| CN104878238A (zh) | 纳米颗粒弥散化的超细晶金属基纳米复合材料的制备方法 | |
| CN106967900A (zh) | 一种钛基金属玻璃颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| Hynes et al. | Production of aluminium metal matrix composites by liquid processing methods | |
| JP2866917B2 (ja) | 溶湯攪拌法によるセラミックス粒子強化マグネシウム基複合材料に対する超塑性発現法 | |
| Erturun et al. | Effects of reciprocating extrusion process on mechanical properties of AA 6061/SiC composites | |
| Jayaseelan et al. | Extrusion characterizes of Al/Sic by different manufacturing process | |
| Ozer et al. | Effects of sintering techniques and parameters on microstructure and mechanical properties of Al-15Si-2, 5Cu-0.5 Mg compacts and Al-15Si-2, 5Cu-0.5 Mg/B4C composites | |
| Guo et al. | Microstructure characteristics and mechanical properties of rheoformed wrought aluminum alloy 2024 | |
| CN111500908A (zh) | 一种超高强、超细晶TiB2增强Al-Zn-Mg-Cu复合材料及制备 | |
| EP2327809A1 (en) | Magnesium-based composite material having ti particles dispersed therein, and method for production thereof | |
| Sahin et al. | Analysis of microstructures and mechanical properties of particle reinforced AlSi7Mg2 matrix composite materials | |
| CN111218587A (zh) | 一种铝基复合材料及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Effect of hot isostatic pressing on the microstructure and properties of magnesium silicide–silicon carbide/aluminum alloy (AlSi7Cu2Mg) composites | |
| Goswami et al. | Extrusion characteristics of aluminium alloy/SiCpmetal matrix composites | |
| CN110016597A (zh) | 一种TiB2颗粒增强超高强铝合金复合材料均匀化制备方法 | |
| Singh et al. | A comprehensive review of aluminium matrix composite reinforcement and fabrication methodologies | |
| EP2327808A1 (en) | Magnesium-based composite material having ti particles dispersed therein, and method for production thereof | |
| CN114657482A (zh) | 一种莫来石晶须复合型材制备方法 | |
| Ahmed et al. | Impact of hot rolling on mechanical characteristics of AA7075/TiB2/graphite hybrid composites | |
| Tan et al. | Discontinuous reinforcements in extruded aluminium-lithium matrix composites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220624 |